Μη μεντελική κληρονομικότητα (1) / Διάλεξη 16 / Εξωπυρηνική κληρονομικότητα, Επιγενετική κληρονομικότητα, Μολυσματική κληρονομικότητα, Μητρικό αποτέλεσμα - Τριανταφυλλίδης Αλέξανδρος (ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ, 2014)
Εξωπυρηνική κληρονομικότητα, Επιγενετική κληρονομικότητα, Μολυσματική κληρονομικότητα, Μητρικό αποτέλεσμα: Το θέμα μας σήμερα θα το θέσουμε λίγο πιο γενικά από τα μητοχόδρια από Μασίβη Μαρία, είναι η μη μεντελική κληρονομικότητα. Τι καταλαβαίνουμε από τον όρο μη μεντελική κληρονομικότητα. Θα μιλήσουμε για πρότυπα κληρονομικότητας χαρακτηριστικών τα οποία διαφοροποιούνται από το κλασικό μεντελικό τρόπο που έχουμε συνηθίσει και έχουμε μάθει για τα περισσότερα χαρακτηριστικά. Εξοπυρηνική κληρονομικότητα, κληρονόμηση χαρακτηριστικών που οφείλονται σε γονίδια τα οποία δεν βρίσκονται στον πυρήνα αλλά στον κηταρόπλασμα. Επιγενετική κληρονομικότητα, με ποιο τρόπο μπορεί να διαφοροποιηθεί η κληρονομικότητα ενός χαρακτηριστικού λόγου επιγενετικών τροποποιήσεων. Μια άλλη περίπτωση είναι η μολυσματική κληρονομικότητα. Πώς κάποιο χαρακτηριστικό μπορεί να οφείλεται όχι στο γενετικό υλικό του ίδιου του οργανισμού αλλά στο παρουσία κάποιων μολυσματικών παραγόντων, ενδοκιταρικών συνήθως παρασίτων. Και μια άλλη περίπτωση, έτσι λίγο ιδιόμορφη, η οποία θα δούμε ότι τελικά δεν απαίχει, δεν διαφοροποιείται από το μεντελικό τρόπο κληρονόμησης, είναι αυτό που λέμε μητρικό αποτέλεσμα. Λοιπόν, ας ξεκινήσουμε πρώτα να δούμε λίγο την εξοπηρυνική κληρονομικότητα. Είπαμε ότι οφείλεται σε γονίδια τα οποία δεν βρίσκονται στον πυρήνα των κυτάρων αλλά στον κυταρόπλασμα, έτσι χήμα στον κυταρόπλασμα, βρίσκονται στα οργανίδια των κυτάρων που έχουν γενετικό υλικό και αυτά ξέρετε καλά ότι είναι τα μητοχόντρια και οι χλωροπλάστες. Οι πρώτες υποψίες για την παρουσία γενετικού υλικού εκτός του πυρήνα ξεκίνησαν από πολύ νωρίς ανάμεσα στους γενετιστές από τις αρχές ακόμα του προηγούμενου αιώνα, όπου ξέρετε εκεί υπήρχε μεγάλος ενθουσιασμός, είχαμε τους νόμους του Μέντελ λίγα χρόνια πριν και όλοι ήταν ενθουσιασμένοι με τη μελέτη της κληρονομικότητας, παρ' όλα αυτά παρατήρησαν ότι κάποια χαρακτηριστικά δεν υπάκουαν, αν μπορούμε να πούμε, στους νόμους του Μέντελ. Παρουσίαζαν μονόπλευρη κληρονόμηση. Τι εννοούμε μονόπλευρη κληρονόμηση, φαινόταν πάντα οι απόγονοι να φέρουν τα χαρακτηριστικά ενός από τους δύο γονείς. Και φυσικά σε τέτοια περίπτωση τα αποτελέσματα αντίστροφων διασταυρώσεων δεν ήταν τα αναμενόμενα σε ανάστροφες διαστραβούς, ακόμα και αν θεωρούσαν ότι τα γονίδια ήταν φιλοσύνδετα, όπου εκεί ξέρουμε ότι και σύμφωνα με τους κανόνους του Μέντελ δεν είναι ίδια τα αποτελέσματα των ανάστροφων διασταυρώσεων. Έτσι δημιουργήθηκε η ιδέα και άρχισαν να υπάρχουν οι πρώτες αμφιβολίες για το κατά πόσον υπάρχει γενετικό υλικό εκτός του πυρήνα, γενετικό υλικό που δεν μεταφέρεται, δεν κληρονομείται με τον ίδιο τρόπο όπως τα γονίδια του πυρήνα που βρίσκονται πάνω στα πυρηνικά χρωμοσώματα. Η απόδειξη ας πούμε ήρθε αρκετά χρόνια μετά, στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα, με διάφορες προσεγγίσεις, με διάφορες τεχνικές, με χρώσεις, ειδικές για DNA που έδειξε την παρουσία DNA και στο κυταρόπλασμα, με αυτοραδιογραφικές τεχνικές που παρατηρήθηκε παραγωγή, αντιγραφή μωρίων DNA στο κυταρόπλασμα και από το ηλεκτρολικό μικροσκόπιο που μπόρεσαν να παρατηρηθούν τα μόρια γενετικού υλικού εκτός του πυρήνα. Έτσι λοιπόν διαπιστώθηκε ότι υπάρχει γενετικό υλικό τόσο στα μητοχόνδρια όσο και στους χλωροπλάστες του κυταροπλάσματος. Εδώ δίνω κάποιες ονομασίες. Θα τα ακούσουμε σαν εξοχρωμοσοματικά γονίδια, κυταροπλασματικά γονίδια, μη μεντελικά γονίδια, οργανειδιακά γονίδια, εξοπυρυνικά γονίδια. Και αυτή η όρη είναι συνώνυμη στην ουσία και αναφέρονται στα γονίδια που υπάρχουν στα δύο οργανείδια, στα μητοχόνδρια και στους χλωροπλάστες. Το τι είναι τα μητοχόνδρια και χλωροπλάστες φαντάζουμε δεν χρειάζεται να πούμε πολλά. Τα μητοχόνδρια είναι η θέση παραγωγής ενέργειας στα κύταρα της αναπνοής. Οι χλωροπλάστες βρίσκονται στα φυτικά μονοκύταρα και είναι οι θέσεις όπου γίνεται η φωτοσύνθεση. Σήμερα λοιπόν θα μιλήσουμε και θα γνωρίσουμε λίγο καλύτερα το γεννητικό υλικό που βρίσκεται σε αυτά τα οργανείδια. Εδώ βλέπουμε μία εικόνα από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο πώς φαίνονται τα μόρια του γεννητικού υλικού στα μητοχόνδρια. Τι μπορείτε να καταλάβετε από αυτή την εικόνα για τη δομή των μωρίων αυτών. Πώς σας φαίνεται. Έχει λίγο το περίεργο σχήμα νομίζω ακανόνιστο σαν ένα τερατάκι. Μπορούμε να το πούμε. Μπορούμε να καταλάβουμε είναι γραμμικό μόριο είναι πολλά μόρια. Δεν ξέρουμε τι είναι. Αυτό που βλέπουμε είναι ένα κυκλικό μόριο. Και τα κυκλικά μόρια ξέρουμε ότι παίρνουν διάφορες διαμορφώσεις, σπυρώνονται, υπερελικώνονται όπως λέμε με διάφορους τρόπους. Εξόδου και αυτό το ακανόνιστο σχήμα το οποίο φυσικά δεν είναι σταθερό. Δεν σημαίνει ότι όλα τα μόρια έχουν ακριβώς αυτή τη διαμόρφωση. Είναι μια τυχαία διαμόρφωση ενός υπερελικωμένου κυκλικού δίκλονου μορίου DNA. Το DNA που βρίσκεται στα οργανίδια δεν φέρει στόνες. Άρα η συμπίκνωσή του ή τη σπύρωσή του είναι διαφορετική από αυτή που ξέρουμε για τα χρωμοσώματα, για τα πυρινικά ογονίδια. Τώρα όσον αφορά το μέγεθός του, ειδικά για το μητοχονδριακό, έχουμε μια μεγάλη σταθερότητα στο μέγεθος στους ανώτερους οργανισμούς. Στα ανώτερα σπονδυλωτά. Ενώ από την άλλη έχουμε μια μεγάλη ποικιλία όταν κοιτάμε άλλου τύπου οργανισμούς, κατώτερους ζωικούς οργανισμούς ή ακόμα και στα φυτά. Οι αποκλήσεις είναι αρκετά μεγάλες. Σε αντίθεση με το χλωροπλαστικό, το οποίο διατηρεί μια σχετική σταθερότητα, θα δούμε το εύρος σε λίγο σε όλα τα φυτά και τα φύκη που υπάρχει. Εδώ βλέπουμε κάποια παραδείγματα δομής και μεγέθους. Βλέπουμε ότι ξεχωρίζουμε τους ζωικούς οργανισμούς που το μέγεθος του μητοχονδριακού είναι σχετικά μικρό και σχετικά σταθερό. 12 με 20 χιλιάδες βάσεις. Ενώ στα φυτά, η διαφορά του μεγέθους είναι τεράστια σε σχέση με τα ζώα και μπορεί να ακυμαίνεται από 100 χιλιάδες μέχρι 2 εκατομμύρια βάσεις. Στα φύκη είναι επίσης κάπως μικρότερο και έχουμε διακύμαση από 30 έως 70 χιλιάδες βάσεις. Στους χλωροπλάστες αν πάμε, τα μεγέθη, είτε φύκη είτε ανώτερα φυτά είναι σχετικά σταθερά και τις τάξεις των 100 με 200 χιλιάδων βάσεων. Αυτό που έχει ενδιαφέρον είναι να παρατηρήσουμε ότι τελικά όλοι οι οργανισμοί δεν έχουν κυκλικό μητοχονδριακό DNA. Υπάρχουν και οι ιδοί τα οποία έχουν γραμμικό μητοχονδριακό DNA και συνήθως τα περισσότερα είναι κάποια πρωτόζωα, κάποιοι κατώτεροι γενικότερα οργανισμοί. Εδώ πάλι βλέπουμε τις διάφορες μορφές που μπορούμε να συναντήσουμε στο μητοχονδριακό DNA. Αυτό που βλέπουμε είναι ότι πέρα των δομών κυκλική και γραμμική, άλλη διαφοροποίηση που συναντάμε στους οργανισμούς είναι στον αριθμό των μωρίων από τα οποία αποτελείται το μητοχονδριακό γωνιδίωμα. Άρα υπάρχουν ήδη μίκητες, πιτσελομάησης, το οποίο έχει περισσότερα από ένα κυκλικά μόρια ως μητοχονδριακό γωνιδίωμα, ενώ βλέπουμε και σε άλλους κατώτερους οργανισμούς μπορεί να έχουμε πολλά γραμμικά μόρια τα οποία αποτελούν το γωνιδίωμα των μητοχονδρίων. Και εδώ λίγο πολύ το ίδιο βλέπουμε και βλέπουμε και μια αναλογία ως προς το μέγεθος. Τα μεγέθη που βλέπουμε είναι σχετικά αναλογικά. Βλέπουμε στα φυτά αραμπιδόψεις ότι είναι πολύ μαγαλύτερο το μητοχονδριακό DNA. Βλέπουμε το χώμο ο άνθρωπος που έχει από τα μικρότερα μητοχονδριακά γωνιδιώματα το πιο μικρό κυκλάκι στον πίνακα. Και φυσικά διάφορες διακυμάσεις τόσο στην γορφή γραμμικό ή κυκλικό όσο και στο μέγεθος στους διάφορους οργανισμούς. Που οφείλεται η διαφορά του μεγάλη διακύμαση στο μέγεθος του μητοχονδριακού DNA. Εδώ βλέπουμε ένα διάγραμμα που μας δείχνει το είδος των αλληλουχιών που συναντώνται σε διάφορα μητοχονδριακά γωνιδιώματα σε σχέση βέβαια και με το μέγεθος τους. Με MOVE είναι τα μητοχονδριακά γωνίδια. Παρόλο που βλέπουμε ότι και σε αυτό υπάρχουν διακυμάσεις στο συνολικό μέγεθος των μητοχονδριακών γωνιδίων, παρόλα αυτά η διακύμαση είναι πολύ μικρότερη από το να πάρουμε ολόκληρο το γωνιδίωμα, το μέγεθος ολόκληρο και να το συγκρίνουμε μεταξύ των ειδών. Οι κυρίες διαφορές οφείλουν και στην ύπαρξη σε κάποια είδη μεγάλου ποσοστού μη κωδικών αλληλουχιών, αλληλουχίες που δεν κωδικοποιούν για κάτι, όπως επίσης και στην ύπαρξη ιντρονίων μέσα στα γωνίδια κάποιων οργανισμών, στα γωνίδια του μητοχονδριακού DNA. Ενώ αν δούμε εκεί την τρίτη από το τέλος στήλη που είναι ο άνθρωπος, θυμάστε είπαμε έχει το μικρότερο μητοχονδριακό γωνιδίωμα από τα μικρότερα, βλέπουμε ότι όλη η στήλη είναι μοβ με ελάχιστο, έχει μια ψηλή γραμμούλα, δεν ξέρω αν διακρίνεται, που είναι η non-coding region. Είναι τόσο μικρό γιατί όλο το γωνιδίωμα περιέχει, αποτελείται από τα μητοχονδριακά γωνίδια, δεν έχει ιντρόνια, τα γωνίδια του δεν έχουν ιντρόνια και υπάρχει ένα πολύ μικρό ποσοστό, είναι περιοχές που δεν κωδικοποιούν για κάποια πρωτεΐνη ή για κάποιο RNA. Προς τον αριθμό των αντιγράφων, ξέρουμε στον πυρήνα έχουμε στην ουσία δύο αντίγραφα, δύο σειρές χρωμοσωμάτων. Στα μητοχόνδρια όμως και στους χλωροπλάστες υπάρχουν πολλαπλά αντίγραφα του μητοχονδριακού ή του χλωροπλαστικού γωνιδιώματος σε κάθε μητοχόνδριο ή χλωροπλάστη. Και ακόμα περαιτέρω ξέρουμε ότι υπάρχουν πολλά μητοχόνδρια και πολλοί χλωροπλάστες σε κάθε κύταρο. Έτσι, παρόλο που συγκριτικά το απόλυτο μέγεθος του μητοχονδριακού DNA με το πυρηνικό είναι πολύ μικρότερο, σαν σύνολο το μητοχονδριακό DNA αποτελεί ένα σημαντικό ποσοστό του συνολικού γενετικού υλικού ενός κύταρου. Και βέβαια τόσο ο αριθμός των μωρίων αναοργανίδιων όσο και ο αριθμός των οργανιδίων ανακύταρων μπορεί να ποικίλει μεταξύ των ιστών. Δεν είναι σταθερό σε όλους τους ιστούς. Βλέπουμε εδώ κάποια παραδείγματα πώς διαφοροποιούνται τόσο τα μωριά αναοργανίδια όσο και τα οργανίδια ανακύταρων. Με αποτέλεσμα βλέπουμε στη ζύμη το μητοχονδριακό να αποτελεί το 15% του συνολικού γενετικού υλικού του κυτάρου. Δεν είναι καθόλου μικρό ποσοστό. Και αντίστοιχα στο καλαμπόκι το χλωροπλαστικό DNA στα φύλλα αποτελεί επίσης το 15% του γενετικού υλικού. Ας δούμε λίγο πιο αναλυτικά τη δομή, το περιεχόμενο του μητοχονδριακού γονιδιώματος. Και θα επικεντρωθούμε κυρίως στο μητοχονδριακό των σπονδυλωτών που είναι και το περισσότερο μελετημένο. Και νομίζω είναι αυτό που έχετε όλοι στο μυαλό σας όταν μιλάμε για μητοχονδριακό. Το 1981 δημοστιεύτηκε η πρωτοταγής δομή, σχεδόν ταυτόχρονα την ίδια χρονιά, τόσο του ανθρώπου όσο και του ζαχαρουμίκητα. Παρατηρούμε αυτό που είδαμε και πιο πριν, μια σημαντική διαφορά στο μέγεθος. Είναι περίπου 4 με 5 φορές μεγαλύτερο το μητοχονδριακό γονιδίωμα του ζαχαρουμίκητα από αυτό του ανθρώπου. Παρ' όλα αυτά θα δούμε ότι οι πληροφορίες, τα γονίδια που περιέχουν είναι περίπου τα ίδια. Εδώ φαίνονται και πιο αναλυτικά. Έχουμε και στους δύο οργανισμούς δύο γονίδια για ριβοσωμικό RNA, 22 γονίδια για τυαρενέι στον άνθρωπο, 30 στην ζύμη, αλλά αυτό ξέρετε είναι πολύ μικρά γονίδια, αυτή η διαφορά δεν μπορεί να κάνει διαφορά στο μέγεθος. Αντίδατα τα πρωτεϊνικά είναι λιγότερα στη ζύμη, τα γονίδια που κωδικοποιούν για πρωτεϊνες είναι 8, ενώ στον άνθρωπο είναι 13 και περιέχουν και στα δύο γονιδιώματα μία περιοχή μη κωδική, αυτή που λέμε περιοχή ελέγχου από όπου ελέγχεται η αντιγραφή του γονιδιώματος. Που οφείλεται η διαφορά, αν πάμε πίσω και στο σχήμα, θα δούμε ότι πρώτον στο ανθρώπινο που είναι ο εσωτερικός κύκλος δεν υπάρχουν καθόλου κίτρινες περιοχές και κίτρινες περιοχές είναι τα ιντρόνια, άρα στο ζαχαρομύκητα τα γονίδια έχουν ιντρόνια όχι όμως στον άνθρωπο και γενικότερα στα σπονδυλωτά. Και επίσης θα δούμε οι μπλε περιοχές που είναι περιοχές που δεν κωδικοποιούν. Εάν παρατηρήσετε τον εξωτερικό κύκλο, τον εξωτερικό κλόνο στο ανθρώπινο μη το χονδριακό, θα δούμε ότι αυτές οι μπλε περιοχές είναι ελάχιστες, είναι σε τρία σημεία, δύο από τα οποία υπάρχουν ονείδια στον εσωτερικό κλόνο. Το βλέπετε στις αντίστοιχες θέσεις. Άρα, αν το πάρουμε σαν σύνολο το μόριο του DNA, η μόνη περιοχή που δεν κωδικοποιεί είναι αυτή που βρίσκεται στην κορυφή περιοχή ελάχου. Αντίφτας στη ζύμη, βλέπουμε ότι η μεγάλη έκταση του μη το χονδριακού γωνιδιώματος κατέχεται από περιοχές που δεν κωδικοποιούν. Το βλέπουμε και εδώ λίγο πιο αναλυτικά. Θεωρείται ότι το μη το χονδριακό γωνιδίωμα των σκονδυλωτών είναι ένα μοντέλο οικονομίας πληροφορίες γενετικού υλικού. Τα πάντα είναι πολύ συμπυκνωμένα. Δεν έχουμε, όπως είπαμε, καθόλου περιοχές παρά μόνο μια η οποία βέβαια έχει ρυθμιστικό ρόλο. Έχει κάποιο σημαντικό ρόλο για το μη το χονδριακό γωνιδίωμα. Και κάτι άλλο ενδιαφέρον είναι ότι έχουμε και μικρό ρυθμό στο μη το χονδριακό γωνιδίωμα των σκονδυλωτών. Τι αραινέει, τρανσφερ αραινέει στο μη το χονδριακό γωνιδίωμα των σκονδυλωτών. Φυσικά καταλαβαίνουμε ότι όλη η λειτουργία του μη το χονδρίου δεν μπορεί να ελέγχεται και να πραγματοποιείται με τις 13 πρωτεϊνικές αισίδες που παράγονται από τα γωνίδια του μη το χονδριακού. Οι περισσότερες πρωτεΐνες, τα ένζυμα που είναι απαραίτητα για τη λειτουργία των μη το χονδρίων, προέρχονται, κωδικοποιούνται στον πυρήνα και μεταφέρονται στα μη το χόνδρια. Κάποια παραδείγματα σημαντικά, η πολυμεράση που κάνει την αντιγραφή του μη το χονδριακού παράγεται από το πυρηνικό DNA. Η αραινέει πολυμεράση για τη μεταγραφή. Οι πρωτεΐνες που ρυθμίζουν το σύστημα αντιγραφής-μεταγραφής. Οι πρωτεΐνες των ρυμβοσωμάτων που είναι απαραίτητες για τη μετάφραση μέσα στα μη το χόνδρια. Και φυσικά και πάρα πολλές υπομονάδες από τα ένζυμα που συμμετέχουν στην αναπνοή, στην οξυδωτική φωσφορηλίωση, κωδικοποιούνται μάλλον από γονίδια του πυρήνα. Πώς γίνεται η αντιγραφή στο μη το χονδριακό DNA. Όπως και στον πυρήνα ο τρόπος αντιγραφής είναι ο ίμης συντηρητικός. Καταλαβαίνουμε τι θα πει ο ίμης συντηρητικός ή θυμόμαστε μάλλον, σίγουρα το έχουμε μάθει. Άρα έχουμε ένας νεοσυντηθέμηνος η μία αλυσίδα και η συμπληρωματική της είναι από το αρχικό μόριο που αντιγράφεται. Η πολυμεράση όπως αναφέραμε είναι η δική που κάνει την αντιγραφή, είναι η γ-πολιμεράση. Ο έλεγχος της αντιγραφής γίνεται από οι δικές πρωτεΐνες και είναι ανεξάρτητος από τον κυταρικό κύκλο. Είναι μια πιο αργή διαδικασία σε σχέση με την αντιγραφή του πυρηνικού. Και η δομή σχηματικά αυτό που μπορούμε να παρατηρήσουμε κατά την αντιγραφή είναι αυτό που λέμε ο βρόχος δε. Φαντάζομαι το όνομα του βρόχου δε ήρθε από αυτό το σχήμα που ίσως μας θυμίζει το γράμμα δε του αγγλικού αλφαβήτου. Αυτό που έχει σημασία είναι ότι η αντιγραφή των δύο αλυσίδων είναι ασύγχρονη. Αρχικά ξεκινάει από κάποιο σημείο έναρξης της αντιγραφής της βαριάς αλυσίδας η αντιγραφή αυτής και καθώς ανοίγει ο κύκλος αποκαλύπτεται η θέση έναρξης αντιγραφής της ελαφριάς αλυσίδας όπως λέμε και ξεκινάει κατά την αντίστροφη κατεύθυνση έτσι ώστε τελικά να δημιουργηθεί η δομή του βρόχου δε και όταν ολοκληρωθεί η αντιγραφή να πάρουμε δύο κυκλικά μόρια μυτοχονδριακού DNA. Τώρα για τη μεταγραφή του μυτοχονδριακού θα μιλήσουμε πάλι για τα χαρακτηριστικά της μεταγραφής στα σπονδυλωτά. Αυτό που πρέπει να θυμόμαστε είναι ότι δεν υπάρχουν υποκινητές προαγωγής για κάθε γωνίδιο. Είναι δύο οι προαγωγήσεις που υπάρχουν στον ολόκληρο το γωνιδίωμα, ένας για κάθε αλυσίδα. Άρα, κατά τη μεταγραφή παράγονται δύο μεγάλα μόρια RNA τα οποία στη συνέχεια κόπτονται για να δώσουν τα μικρότερα mRNA του κάθε γωνιδίου ή τα ριβοσωμικά ή τα transfer RNA αντίστοιχα. Σαν σήματα κοπής είναι τα tRNA, δηλαδή κάθε πρωτεϊνικό γωνίδιο οριοθετείται από δύο tRNA. Είναι τα σήματα στα οποία θα κοπεί το μετάγραφο για να δώσει το mRNA κάθε γωνιδίου. Δεν έχουμε καλύπτρα στο πέντε τόνο σάκρο, δεν υπάρχει μη μεταφραζόμενη περιοχή που ξέρουμε ότι υπάρχει στα περισσότερα πυρινικά γωνίδια και κάτι άλλο ενδιαφέρον είναι ότι συνήθως δεν υπάρχει και ολόκληρο το κωδικώνιο λήξεις. Πολλά γωνίδια, το κωδικώνιο συμπληρώνεται από την πολιέη ουρά. Εδώ μπορούμε να το δούμε λίγο πιο αναλυτικά ίσως. Είναι ένα, δύο, τρία, είναι κάποια γωνίδια πρωτεϊνικά του μητοχονδριακού. Βλέπουμε το τέλος των γωνιδίων, τελειώνει σε TAA, παρόλα αυτά όταν γίνει η κοπή του RNA, το A πηγαίνει με το RNA της Ισολευκίνης, όπως φαίνεται. Άρα στο mRNA του γωνιδίου δεν υπάρχει ολόκληρο το κωδικώνιο λήξεις της μετάφρασης. Αυτό συμπληρώνεται, σχηματίζεται στη συνέχεια όταν προσθετεί η πολιέη ουρά, οπότε κατά τη μετάφραση το σήμα δίνεται, το σήμα τερματισμού. Αυτό βέβαια όλο είναι μέσα στη λογική, στο πλαίσιο της οικονομίας του γενετικού υλικού. Ούτε τα ελάχιστα νουκλεοτίδια που θα ολοκληρώναν, ας πούμε, τα κωδικώνια λήξεις έχουν εξοικονομηθεί. Ως προς τη μετάφραση, η μετάφραση γίνεται σε ριβοσόμακτα του μητοχονδρίου, όχι στα κυταροπλασματικά. Όπως είπαμε δεν υπάρχει καθόλου αμετάφραστη πέντε τόνος ακολουθία, η leadership όπως λέμε συνήθως. Η έναρξη της μετάφρασης γίνεται με μεθιονίνη, μια ειδική μορφή μεθιονίνης που έχει και μία φόρμυλο ομάδα συνδεδεμένη. Και αυτό που διαφοροποιεί σημαντικά τη μετάφραση στο μητοχονδριακό και στους χλωροπλάστες όπως θα δούμε, είναι ότι αναστέλεται από ουσίες που αναστέλνουν την προκαρυωτική ριβοσοματική λειτουργία. Άρα είναι βέστητα σε αντιβιωτικά, στρεπτομικίνη, νεομικίνη, χλωραμφενικόλη, ενώ αντίθετα δεν είναι βέστητη η μετάφραση στο μητοχονδριακό σε ουσίες που μπλοκάρουν, παρεμποδίζουν, αναστέλνουν την μετάφραση των κυτεροπλασματικών ριβοσομάτων. Και αυτός ήταν ένας τρόπος να διαπιστωθεί ποιες υπομονάδες των πρωτεϊνών των μητοχονδριακών κωδικοποιούνται στα μετοχόνδρια και ποιες κωδικοποιούνται στους πυρήνες. Αυτό βέβαια πριν από κάποια χρόνια, πριν να έχουμε την πληροφορία της πλήρους αλληλουχίας του γενετικού υλικού. Έτσι λοιπόν με επεειράματα, χρησιμοποιώντας διαφορετικές ουσίες για την αναστολή της μετάφρασης, παρατηρήθηκε ότι οι υπομονάδες, εδώ έχει ως παράδειγμα την οξιδάση του κυτοχρώματος, ότι οι υπομονάδες 2, 5, 6 παράγονται από τα μετοχόνδρια, στα μητοχονδριακά ριβοσόματα. Ενώ αντίθετα οι υπομονάδες 1, 3, 4 και 5 παράγονται από τα κυτεροπλασματικά. Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό της μετάφρασης του μητοχονδριακού DNA, είναι ότι δεν ακολουθεί τον παγκόσμιο, όπως λέμε, γενετικό κώδικα. Όλοι βλέπουν ότι κουράζεται το κεφάλι, το ξέρουμε, το ξέρουμε, πάρα πολύ το ξεχνάτε όμως. Και όταν οι υπομονάδες προσπαθούν να κάνουν μετάφραση στο μητοχόνιο και λέει δεν βγαίνει, λέει παντού έχει στο πκότο όμως δεν γίνεται, λέει είναι λάθος η αλληλουχία που μας δώσατε. Άρα όταν έχουμε να μεταφράσουμε αλληλουχίες του μητοχονδρίου, θα πρέπει να αναζητήσουμε τον κατάλληλο κώδικα, ο οποίος δεν είναι και ένας κοινός κώδικας για όλα τα μητοχόνδρια, για όλα τα είδη. Υπάρχουν ιδιαιτερότητες μεταξύ κάποιων ειδών και θα πρέπει να το λάβουμε υπόψη μας. Εδώ δείχνουμε παραδείγματα διαφορών, δεν νομίζω ότι έχει ιδιαίτερη σημασία να παραμείνουμε. Ο μητοχονδριακός κώδικας των σπονδυλωτών, άρα αν έχω έναν οργανισμό σπονδυλωτών, πρέπει να επιλέξω τον κώδικα των σπονδυλωτών. Είναι άλλος για τα σπόνδυλα και είναι άλλος για κάποιες συγκεκριμένες, όπως είδαμε, τα χινοδέρματα, τις ζήμες, έχουν τελείως δικό τους κώδικα για να γίνει η μετάφραση. Βλέπουμε λοιπόν διαφορές, κωδικώνιο που είναι κωδικοποίτη τρυπτοφάνης, το παγκόσμιο κώδικα είναι stop cotton, κωδικό για τερματισμού της μετάφρασης στο μητοχονδριακό. Και δεν είναι βέβαια πάρα πολλές, τουλάχιστον για αυτόν τον σπονδυλωτό, αλλά είναι σημαντικές και θα πρέπει να τις λαμβάνουμε υπόψη όταν θέλουμε να κάνουμε μετάφραση. Άλλη ιδιαιτερότητα του μητοχονδριακού συστήματος μετάφρασης, ειδικά για τα σπονδυλωτά, έχει να κάνει με τον αριθμό των τυαρενέης. Θυμάστε ότι είπαμε ότι έχει πολύ μικρότερο αριθμό τυαρενέης στον μητοχονδριακό γονιδίωμα, από ότι βρίσκουμε στο πυρηνικό. Στο πυρηνικό, η μετάφραση του πυρηνικού, το πυρηνικό γονιδίων γίνεται με 32 τυαρενέης, καθώς υπάρχουν κάποια που αναγνωρίζουν τεμπλέτες που διαφέρουν στο τελευταίο αμυνοξή. Μπορεί να έχουν δύο εναλλακτικά κωδικώνια. Στον μητοχονδριακό τώρα, έχουμε 14 τυαρενέης, τα οποία αναγνωρίζουν δύο κωδικώνια το καθένα, που διαφέρουν στο τελευταίο νοικλεωτήδιο, όπως και στον πυρήνα. Υπάρχουν όμως και 8 τυαρενέης, τα οποία αναγνωρίζουν τέσσερα κωδικώνια, που έχουν στο τελευταία θέση, οποιοδήποτε από τα τέσσερα νοικλεωτήδια. Με αυτόν τον τρόπο, δεκατέσσερα επί δύο, άρα έχουμε 28 κωδικώνια, και οχτώ επί τέσσερα τριάντα δύο, 60 κωδικώνια, γίνεται η μετάφραση στον μητοχονδριακό αγώνιδιον. Πόσο είναι συνολικά τα κωδικώνια? Πόσα πιθανά κωδικώνια έχουμε? Πώς θα το βρείτε, δεν το θυμάστε, λογικό, πώς θα το υπολογίσουμε. Τέσσερα στην τρίτη, είναι για κάθε θέση, 1 τέταρτο πιθανόνταν να είναι το κάθε νοικλεωτήδιο, ράει σε 1 τέταρτο ποιον τέταρτο ποιον τέταρτο, πάει στο 64. Άρα 64 συνολικά, είπαμε τα 60 εξυπηρετούνται από τα 22 TRNA του μητοχονδριού και 4 είναι τα stop condom, για τα οποία δεν έχουμε σαφώς TRNA. Το ξέρετε νομίζω, σίγουρα θα το έχετε ακούσει, ότι το μητοχονδριακό αγώνιδιόμα είναι πάρα πολύ χρήσιμο και σημαντικό για γενετικές, εξελιπτικές μελέτες. Και αυτό οφείλεται σε κάποια ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, στην απλόιδη φύση του, στο μικρό μέγεθος και στη συντηρημένη οργάνωση, άρα βοηθάει αυτό πολύ τους ερευνητές, στο ότι είναι εύκολο να το απομονώσουμε, δεν υπάρχουν φαινόμενα ανασυνδυασμού μεταξύ των μωρίων, αν και αυτό πλέον αμφισβητήτως ένα σημείο. Εξελίσσεται με μεγαλύτερο ρυθμό, ότι υπάρχουν περιοχές με διαφορετικούς ρυθμούς εξέλιξης, άρα υπάρχουν θέσεις που είναι πιο συντηρημένες πάνω στο μητοχονδριακό και κάποιες άλλες που είναι λιγότερο συντηρημένες συγκρίνοντας οργανισμούς στο εξελιπτικό χρόνο. Και αυτό βέβαια βοηθάει σε μελέτες ανάλογα για το εύρος το φιλογενετικό που θες να αναλύσεις, στους πολύ συγγενικούς οργανισμούς θα τους συγκρίνεις χρησιμοποιώντας μια περιοχή που εξελίσσεται γρηγορότερα, σε μακρινούς οργανισμούς οι συγκρίσεις θα γίνουν βάσει περιοχών που είναι περισσότερες σταθερές, για να βγουν σε αξιόπιστα συμπεράσματα. Υπάρχουν παγκόσμιοι εκκινητές, άρα υπάρχουν θέσεις που είναι τόσο συντηρημένες ώστε να χρησιμοποιηθούν σε ένα μεγάλο αριθμό ειδών ως εκκινητές. Για τα ψάρια, ας πούμε, υπάρχουν εκκινητές που μπορούν να λειτουργήσουν σε όλα τα ύλη ψαριών ή αντίστοιχα στα κάποια είδη εντόμων. Και φυσικά έχουμε το φορόματι της μητρικής κληρονόμησης, τουλάχιστον για τα περισσότερα είδη, το οποίο διευκολύνει την παρακολούθηση της μεταφοράς της σε βάθος χρόνου του γενετικού υλικού. Ποιοι θα ξέρετε σίγουρα, σαν παράδειγμα είναι αυτό, όπως με βάση στο μητοχρονδριακό DNA προσδιορίστηκε χρονικά, τουλάχιστον και τοπικά, η καταγωγή του σύγχρονου ανθρώπου, που θεωρούμε ότι εμφανίστηκε ο χόμος άπιας πριν 200.000 χρόνια κάπου στη κεντρική Αφρική. Και καθώς επίσης έχουν προταθεί και διάφορες πορείες εξάπλωσης και απήκησης, μετακίνησης πληθυσμών σε άλλες περιοχές του κόσμου. Για να συνεχίσουμε και να πούμε λίγα πράγματα και για το χλωροπλαστικό γονιδίωμα. Η δημοσίευση της πρωταταγούς δομής δύο ειδών έγινε λίγα χρόνια μετά από αυτή του μητοχρονδριακού DNA του 1986. Έχουμε ένα βριόφυτο και το χλωροπλαστικό γονιδίωμα του καπνού. Όπως είπαμε δεν έχουμε τεράστιες διακυμάνσεις ως προς το μέγεθος του χλωροπλαστικού DNA μεταξύ των ειδών, ούτε μπορούμε να κάνουμε ομαδοποιήσεις κάποια κατηγορία ειδών, κάποια φιλογενετική ομάδα, όπως μπορούσαμε να πούμε για το μητοχρονδριακό. Το μέγεθος είναι από 120 μέχρι 220 χιλιάδες βάσεις. Εδώ βλέπουμε σχηματικά το χλωροπλαστικό του βριόφυτου. Μία ιδιαιτερότητα σε σχέση με το μητοχρονδριακό είναι ότι το χλωροπλαστικό έχει μία περιοχή διπλασιασμένη. Είναι το IR α και β. Είναι το IR, είναι από το inverted repeat. Είναι διπλασιασμός μέσα στο γωνιδίωμα, το οποίο είναι σε ανάστροφη κατεύθυνση. Οι δύο αυτές οι διπλασιασμοί λοιπόν, οι επαναλήψεις, χωρίζουν το γωνιδίωμα σε άλλα δύο μέρη. Το ένα λέγεται long single copy, LSC. Άρα είναι η μεγάλη περιοχή που αποτελείται από μοναδικά αντίγραφα. Και εδώ κάτω, small single copy, ένα μικρό μέρος του γωνιδιώματος, που επίσης αποτελείται από μοναδικές αλληλουχίες. Τα γωνίδια, ο αριθμός είναι σχετικά μεγαλύτερος, τουλάχιστον από το μητοχρονδριακό τόσο ποδηλωτών όπως είδαμε. Πουστά 140 γωνίδια στο χλωροπλαστικό. Και εδώ έχουμε την υπάρξη ιντρονίων, όπως επίσης και μεσοδιαστημικού DNA, περιοχών οι οποίες δεν κωδικοποιούν. Υπάρχουν τέσσερα ριβοσωμικά RNA στους χλωροπλάστες, τα οποία επειδή είναι μέσα στις περιοχές επαναλαμβανόμενες, υπάρχουν δύο αντίγραφα για κάθε ένα ριβοσωμικό. Τα tRNA είναι ανάλογα με το είδος 30 με 32, άρα έχουμε πολλά tRNA. 90 είναι περίπου τα πρωτεϊνικά γωνίδια, τα οποία από αυτά τα είκοψη σχετίζονται με τη φωτοσύνθεση και τη μεταφορά ηλεκτρονίων. Αντιγραφή παρόμοια με αυτήν που είπαμε για το μητοχρονδριακό. Η σύνθεση, η πρωτεϊνική σύνθεση επίσης ισχύουν αυτά που είπαμε για το μητοχρονδριακό. Έχουν τα δικά τους ριβοσώματα τα οποία είναι βέστητα σε αναστολή της προκαρυωτικής μετασύνθεσης πρωτεϊνοσύνθεσης και όχι των κυταροπλασματικών ριβοσωμάτων. Ο κώδικας όμως είναι ο παγκόσμιος, αλλά δεν έχουμε αποκλήσεις του κώδικα στους χλωροπλάστες. Και εδώ φυσικά το μεγαλύτερο μέρος των πρωτεϊνών που λειτουργούν στους χλωροπλάστες ελέγχονται, κωδικοποιούνται από πυρηνικά γονίδια όπως συμβαίνει και με το μητοχρονδριακό. Το γονιδίωμα των χλωροπλαστών παρουσιάζει αρκετές ομοιότητες με προκαρυωτική οργάνωση. Υπάρχουν γονίδια που σχετίζονται λειτουργικά τα οποία είναι και οργανωμένα, είναι γειτονικά πάνω στο γονιδίωμα και επίσης η μεταγραφή τους θυμίζει ή γίνεται με τον ίδιο τρόπο όπως τα οπερώνια έχουν κοινό έλεγχο λοιπόν μεταγραφής γονίδια που συνδέονται λειτουργικά. Σε πολλές περιπτώσεις ακόμα και η σειρά των γονιδίων θυμίζει την σειρά αντίστοιχων γονιδίων σε προκαρυωτικούς οργανισμούς στα οικολάη ας πούμε και φυσικά έχουμε το θέμα της ευαισθησίας αναστολής προκαρυωτών. Γιατί τα λέμε τώρα όλα αυτά και γιατί συγκρίνουμε τους χλωροπλάστες με τους προκαρυώτες. Γιατί ένα από τα πρώτα ερωτήματα μετά την ανακάλυψη των οργανιδίων ήταν από πού προήλθαν τα οργανίδια, τα μυτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες μέσα στα κύτταρα, στιγμή μάλιστα που είχαν και το δικό τους γενετικό υλικό. Θα ξέρετε φαντάζομαι την ενδοσυμβιωτική υπόθεση. Σήμερα θεωρούμε με βάση τα στοιχεία και τις ενδείξεις που έχουμε ότι τα μυτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες εισήλθαν ως ενδοσυμβιώτες, ως προκαρυώτες αρχικά μέσα στα κύτταρα τα ευκαρυωτικά. Για μας θεωρείται ότι πρώτα έγινε η είσοδος των μυτοχόνδριων και στη συνέχεια σε κάποια κύτταρα είχαμε και τη συμβίωση με κάποιο φωτοσυνθετικό κυανοβακτήριο το οποίο στη συνέχεια εξελίχθηκε σε χλωροπλάστες. Εδώ το βλέπουμε λίγο και σχηματικά. Κάποιο μη φωτοσυνθετικό βακτήριο εισήλθε στα ευκαρυωτικά κύτταρα, συμβίωσε με αυτά και εξελίχθηκε στο μυτοχόνδριο ενώ σε ένα κύτταρο που ήδη υπήρχε μυτοχόνδρια μετά γενέστερα όπως είπαμε ή εισήλθε κάποιο φωτοσυνθετικό κυανοβακτήριο το οποίο εξελίχθηκε στους χλωροπλάστες και το θεωρείται ότι είναι μετά γενέστερη η συνβίωση και η ανάπτυξη, η δημιουργία των χλωροπλαστών γι' αυτό και οι χλωροπλάστες τους διατηρούν περισσότερες ομοιότητες στο γωνιδίωμά τους, με την γωνιματική οργάνωση των προκαριωτών σε σχέση με τα μυτοχόνδρια. Εδώ είναι οι ενδείξεις που υποστηρίζουν την ενδοσιβιωτική θεωρία, κυκλικό, ελεύθερο γωνιδίωμα, δεν έχουμε χρωμοσώματα, τα γωνίδια, υπάρχουν πολλά αντίστοιχα γωνίδια σε προκαριώτες και στα οργανίδια και μάλιστα και η οργάνωσή τους όπως είπαμε πολλές φορές είναι παρόμοια, έχουν ανεξάρτητο σύστημα αντιγραφής από τον πυρήνα, φυσικά. Αυτό που προβληματίζει σε σχέση με αυτή τη θεωρία είναι η παρουσία ιδρωνίων στους χλωροπλάστες και σε πολλά μητοχόνδρια όπως είδαμε. Ξέρουμε ότι οι προκαριώτες έχουν ιντρόνια, δεν έχουν ιντρόνια. Άρα δημιουργείται λίγο μια αντίφαση εάν προέρχονται προκαριώτες πως έχουν ιντρόνια τα γωνιδιώματα των χλωροπλαστών. Αυτό είναι ένα μεγάλο θέμα. Είναι το μεγάλο ερώτημα το αν τελικά ποια είναι η προέλευση των ιντρωνίων, αν τα ιντρόνια προϋπήρχαν στους προκαριωτικούς οργανισμούς και απλά στους προκαριώτες που υπάρχουν σήμερα έχουν εξαλειφθεί, έχουν εξαφανιστεί ή αν δεν υπήρχαν εξ αρχής ιντρόνια και στους χλωροπλάστες ή στα μητοχόνδρια, στα οργανίδια τελικά δημιουργήθηκαν, είναι μεταγενέστερη η εμφάνιση των ιντρωνίων. Είναι ένα ερώτημα που εξακολουθεί να απασχολεί τους επιστήμονες. Σήμερα ξέρουμε έχουν βρεθεί κάποιοι προκαριώτες που έχουν επίσης συντρώνει μια μικρή ομάδα ιδών, το οποίο περιπλέκει περισσότερο τα πράγματα, αλλά απάντηση οριστική δεν μπορούμε να δώσουμε και φυσικά δεν αποκλείεται να έχουν συμβεί και τα δύο και να υπήρχαν και να εξαφανίστηκαν στους σημερινούς προκαριώτες ή να προσθέθηκαν είτε όλα ή περισσότερα καινούργια στο γωνιδίωμα των οργανιδίων. Ένα άλλο θέμα που προκύπτει από αυτή την ενδοσυμβιωτική θεωρία είναι το μέγεθος του γωνιδιώματος. Οι προκαριώτες τι μέγεθος περίπου έχουνε γωνιδίωμα, ζαφώς έχουνε μεγάλο εύρος, αλλά περίπου έχει μια τάξη μεγέθους στις εκατομμύρια βάσεις, ξέρω εγώ, 100 χιλιάδες. Είναι μερικά εκατομμύρια βάσεις οι περισσότεροι προκαριώτες. Τα μικρότερα γωνιδιώματα προκαριωτικά, έχει το μικόπλασμα το οποίο είναι και ενδοκιταρικό παράσητο. Το μέγεθος του γωνιδιώματος είναι γύρω στις 600 χιλιάδες βάσεις. Αντίθετα είδαμε ότι οι χλωροπλάστες και τα περισσότερα έχουνε μικρότερο γωνιδίωμα. Άρα θα πρέπει να, πού είμαστε, γεννιέται το ερώτημα τι γίναν. Πόσες από κάποιους προκαριώτες των 600 ή του 1 εκατομμύρια βάσεις το γωνιδίωμα, φτάσαμε σήμερα σε μητοχόνδρια τα οποία είναι και πολύ μικρά, μέχρι και 15 χιλιάδες βάσεις, 12 χιλιάδες βάσεις όπως είδαμε. Και αντίστοιχα όχι μόνο για τα μητοχοδριακά και τα χλωροπλαστικά που είδαμε σαν μέγιστο μέγεθος 200 χιλιάδες βάσεις περίπου. Αυτό που πιστεύουμε ότι έγινε είναι ότι μεταφέρθηκαν γονίδια από το μητοχοδριακό ή το χλωροπλαστικό γωνιδίωμα στον πυρήνα. Και αυτό φυσικά είναι σίγουρο σχεδόν καθώς είδαμε ότι οι πρωτεΐνες που λειτουργούν μέσα στα μητοχόνδρια ή στους χλωροπλάστες κωδικοποιούνται από πυρινικά γονίδια. Άρα υπάρχει επικοινωνία, ανταλλαγία, ας πούμε, γενετικού υλικού μεταξύ πυρήνα και οργανιδίων. Και αυτό ίσως κάνει και πιο πιθανό αυτό που συζητήσαμε προηγουμένως για τα ιδρώνια, την πιθανή μεταφορά αλληλουχιών από τον πυρήνα στα οργανίδια που να διαμορφώθηκαν και να γίναν τελικά τα ιδρώνια ή μη κωδικές περιοχές που βρίσκουμε μέσα σε αυτά τα γονιδιώματα. Και ένα πολύ έτσι παράδειγμα χτυπητό για την συνεργασία μεταξύ πυρήνα και χλωροπλαστών είναι η ρουμπίσκο. Θέρετε, είναι η πρώτη πρωτεΐνη που συμμετέχει στο πρώτο στάδιο δέσμευσης του διοξυδίου του άνθρωπου στη φωτοσύνδεση. Είναι η πιο κοινή πρωτεΐνη στον κόσμο, σε ΜΑΖΑ είναι η πιο άφθονη πρωτεΐνη και οκτώ υπομονάδες αυτές κωδικοποιούνται από τους χλωροπλάστες, ενώ οι υπόλοιπες οκτώ κωδικοποιούνται από τον πυρήνα. Άρα σήμερα στους οργανισμούς βλέπουμε μια συνεργασία πολύ σημαντική μεταξύ πυρήνα και οργανιδίου, το οποίο σαφώς διαμορφώθηκε κατά την πορεία της εξέλιξης. Λοιπόν, ας επανέλθουμε τώρα στο αρχικό μας θέμα. Είδαμε αναλυτικά τη δομή κάποια θέματα λειτουργίας του μητοχοδριακού και χλωροπλαστικού γονιδιώματος. Ας δούμε τώρα με ποιο τρόπο μεταφέρονται τα χαρακτηριστικά που ελέγχονται από γονίδια που βρίσκονται σε αυτά. Ποια είναι τα κριτήρια, πότε θα μιλήσουμε για πιθανή εξοπηρυνική κληρονομικότητα κάποιου χαρακτηριστικού. Όταν κάνουμε διασταυρώσεις γενετικά πειράματα και βλέπουμε ότι δεν ακολουθούνται οι αναλογίες του μεντελικού αποχωρισμού, όταν υπάρχουν όπως είπαμε και αφορές μεταξύ των αντίστροφων διασταυρώσεων. Στα αρχικά πειράματα όταν προσπαθούσαν να χαρτογραφίσουν τα γονίδια πάνω στα χρωμοσώματα δεν μπορούσαν να τα συνδέσουν με κανένα από τα υπόλοιπα πειραινικά γονίδια. Έγιναν ακόμα πειράματα που αλλαγής πυρήνα αφαιρούμε τον πυρήνα από ένα κύταρο και βάζουμε πυρήνα άλλου κυτάρου και παρατηρήθηκε ότι αυτά τα χαρακτηριστικά δεν επηρεάζονται από τέτοιου είδους πειράματα όπως επίσης και από επίδραση μεταλαξιγώνων παραγώντων που δρούν μόνο στον πυρήνα και πάλι δεν παρατηρούμε διαφορές ή κάποια επίδραση σε αυτά τα γονίδια που υπάρχουν στα οργανίδια. Άρα οποιαδήποτε από αυτές τις παρατηρήσεις παραπέμπει σε κάποιο γονίδιο εκτός πυρήνα σε μητοχόντριο ή σε χλωροπλάστη. Για να δούμε και κάποια παραδείγματα τέτοιων γονιδίων και τον τρόπο που πληρονομούνται. Εδώ έχουμε ένα παράδειγμα για μύκητα, νευρόσπορα, όπως το λέμε. Οι μύκητες ξέρουμε ότι είναι απλοειδείς οργανισμοί, παρόλα αυτά ξέρουμε ότι κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες σχηματίζουν διπλοειδείς μορφές. Έχουμε σύνδεξη δύο κυτάρων απλοειδών, τα οποία στη συνέχεια μέσω μίωσης και μιας μειωτικής διέρεσης δίνουν αυτούς τους ασκούς, όπως λέμε, τα σπόρια. Οχτώ παράγονται από ένα αρχικό διπλοειδές κύταρο, τα οποία αν μιλάμε για πυρηνικά γονίδια παρατηρούμε το διαχωρισμό με βάση με εντελικό τρόπο αυτό που ξέρουμε. Αυτό τώρα που έχουμε εδώ στο παράδειγμα αφορά έναν φαινότυπο των μικήτων που έχει να κάνει με το ρυθμό ανάπτυξης, αργή ανάπτυξη. Άρα υπάρχουν μεταλλάγματα τα οποία παρουσιάζουν αργή ανάπτυξη και ονομάζονται πόκι. Τώρα γιατί πόκι δεν έχω μια απάντηση. Εδώ δείχνει πόκι θηλυκό και ένα φυσιολογικό αρσενικό. Θα μου πείτε, υπάρχουν θηλυκά και αρσενικά στους μίκητες. Όχι, αλλά η σύνδεξη των κυτάρων που είδαμε, των δύο απλοειδών, συνήθως γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε το ένα από τα δύο κύταρα να περιέχει το κυταρόπλασμα, ενώ το δεύτερο κύταρο συνισφέρει κατά κύριο λόγο τον πυρήνα. Άρα, υπό αυτή την έννοια, κάνουμε ένα παραλληλισμό, όπως στα θηλυκά, στα οάρια έχουμε όλο το κυταρόπλασμα ενώ στο σπερματοζοάρια έχουμε μόνο τον πυρήνα και θεωρούμε το κύταρο που δίνει το κυταρόπλασμα ως θηλυκό, ενώ αυτό που δίνει μόνο τον πυρήνα ως αρσενικό. Άρα παρατηρήθηκε από μια τέτοια σύζευξη, ένωση ενός θηλυκού σε εισαγωγικά πόκι με φυσιολογικό αρσενικό, ότι μετά την διαδικασία της μίωσης και της μύτωσης, όλα τα σπόρια παρουσίασαν το φαινότυπο πόκι. Εάν πάμε στην αντίστροφη διασταύρωση, εδώ έχουμε πλέον θηλυκό φυσιολογικό και αρσενικό με το φαινότυπο πόκι, όλα τα σπόρια έβγαιναν φυσιολογικά, ενώ θα περιμέναμε να ήταν κάθε φορά μισά μισά. Τα μισά θα είχαν το ένα φαινότυπο του ενός γονέα και τα άλλα μισά το φαινότυπο του άλλου γονέα. Άρα έχουμε απόκλειση από μεντελική αναλογία και επίσης διαφορετικά αποτελέσματα στις ανάστροφες διασταυρώσεις. Αυτά τα δύο μας παραπέμπουν στο ότι πιθανόν ο φαινότυπος αυτούς να οφείλεται σε κάποιο εξοπηρυνικό γονίδιο. Και λογικά εφόσον μιλάμε για μήκητες που δεν έχουν κλωροπλάστες θα μιλήσουμε για κάποιο γονίδιο που είναι στα μυτοχόδρια. Και λέμε κιόλας ότι αυτό που φαίνεται για τον φαινότυπο πόκι είναι η μητρική κληρονόμηση. Οι απόγονες έχουν πάντα το φαινότυπο του θηλυκού σε εισαγωγικά γονέα. Πραγματικά σε μωριακή ανάλυση φάνηκε ότι η μετάλλαξη που ήταν υπεύθυνη για το φαινότυπο αυτό ήταν στο μυτοχόνδριο. Ήταν σε κάποιο ρίβοσωμικό γονίδιο του μυτοχόνδριου, στον προαγωγία. Με αποτέλεσμα να μην είχαμε παραγωγή αρκετή ρίβοσωμικού αρεναίου και καθυστερούσε σαφώς όλη η μετάφραση, ο μηχανισμός μετάφρασης στα μυτοχόνδριο και κατεπέκταση η ανάπτυξη, καθώς τα μυτοχόνδριο παράγουν την ενέργεια, η ανάπτυξη των μυκήτων. Ένα άλλο παράδειγμα για κληρονόμηση κάποιου χαρακτηριστικού που οφείλεται σε γονιδίο μας τους χλωροπλάστες έχει να κάνει με το φυτό νυκτολούλουδο μυραμπίλις τσαλάπα, το οποίο είναι καλοπιστικό, ιδιαίτερα όμορφο και η ομορφιά του οφείλεται στο ότι τα φύλλα του και τα κλαδιά του παρουσιάζουν μια επικυλομορφία. Υπάρχουν λοιπόν πάνω στο ίδιο φυτό βλαστή με φύλλα τα οποία είναι πράσινα, κανονική, βλαστή που είναι άσπρη ενώ βλαστή που είναι πιτσιλωτά και άσπρα και πράσινα τα φύλλα, τα βλέπετε εδώ. Δεν ξέρω πόσο καλά φαίνεται λόγω του φωτός, αλλά είναι ένα ωραίο υποσιακό αποτέλεσμα αυτό που βλέπουμε, τα φυτά είναι όμορφα. Αν πάμε τώρα σε πειράματα διασταυρώσεων, εάν μεταφέρουμε σε ένα άνθος που βρίσκεται σε ένα άσπρο στέλεχος, άσπρο βλαστό, γύρι από λουλούδια που είναι είτε σε άσπρο είτε σε πράσινο βλαστό, είτε σε παρδαλόπι, κυλόχρωβο βλαστό, όλα τα απόχονη βγαίνουν λευκά τα φυτά και φυσικά το λευκό δεν επιβιώνει κιόλας γιατί δεν μπορεί να φωτοσυνθέσει, το πράσινο καταλαβαίνετε ότι είναι λόγω της ηχλωροφύλη, οπότε το άσπρο έχει έλλειψη ηχλωροφύλης, τα φυτά αυτά δεν επιβιώνουν, παρόλα αυτά μόλις βλαστήσουν καταλαβαίνουμε ότι είναι έξω ολοκλήρου άσπρα. Αν πάμε στο αντίστροφο τώρα έχουμε ένα πράσινο στέλεχος και μεταφέρουμε σε άνθη γύρι από άσπρο πράσινο ή πικυλόχρωμο στέλεχος. Και εδώ όλα τα φυτά θα είναι εξ ολοκλήρου πράσινα. Τι μας δείχνει αυτό. Και πάλι βλέπουμε αυτή τη μητρική κληρονόμιση όπως λέμε, οι απόγονοι έχουν πάντα το φαινότυπο της μητέρας, διαφορά μεταξύ των ανάστροφων διασταυρώσεων, άρα οδηγούμαστε στην υπόφυση ότι πρόκειται για κάποιο γονίδιος, τους χλωροπλάστες του φυτού. Εδώ το έχουμε και σχηματικά. Στο βλαστό το οποίος είναι άσπρος, έχει τους μεταλλαγμένους χλωροπλάστες αυτούς που δεν παράγουν χλωροφύλη, λευκοπλάστες του λέει το βιβλίο, εμένα βέβαια το λευκοπλάστες με παραπέμει ξέρω εγώ στην ταινία που βάζουμε τα τσιρότα, τέλος πάντων. Άρα μεταφέροντας οποιοδήποτε αρσενικό γαμέτι από οποιοδήποτε στέλεχος το αποτέλεσμα είναι να έχουμε μόνο άσπρα φυτά. Σε περίπτωση που έχουμε ένα πράσινο στέλεχος, άνθος από πράσινο στέλεχος σημαίνει ότι οι χλωροπλάστες στα κύταρα είναι φυσιολογικοί, παράγουν το πράσινο χρώμα, οπότε με διασταύρωση με οποιοδήποτε τύπο αρσενικό γαμέτι θα έχουμε πράσινα φυτά. Τι γίνεται τώρα όταν έχουμε ένα άνθος, όταν πάρουμε ας πούμε τα θηλυκά κύταρα από ένα βλαστό πικυλόχρωμο. Πικυλόχρωμος τι σημαίνει, δηλαδή πώς θα είναι τα κύταρα κυκλοροπλάστες μέσα σε αυτά τα κύταρα. Σε μερικά κύταρα θα είναι μόνο λευκοπλάστες, ας πούμε μεταλλαγμένοι χλωροπλάστες. Θα είναι τα κύταρα τα λευκά, σε περιοχές που τα φύλλα είναι τελείως λευκά. Κάποια κύταρα θα έχουν μόνο φυσιολογικούς χλωροπλάστες, αλλά υπάρχουν και τα ενδιάμεσα χρώματα. Άρα θα υπάρχουν και κύταρα που έχουν και τους δύο τύπους κλωροπλαστών, και τους λευκούς και τους πράσινους. Από μια τέτοια διασταύρωση παίρνοντας γαμετικά κύταρα από ένανθοστιλικά που βρίσκεται σε τέτοιο στέλεχος, μπορούμε να πάρουμε όλους τους τύπους των απογόνων, ανεξάρτητα από το τι γύρι θα χρησιμοποιήσουμε. Άρα μπορούμε να πάρουμε λευκά φυτά, μπορούμε να πάρουμε πράσινα φυτά, μπορούμε να πάρουμε και πικυλόχρωμα φυτά. Άρα εδώ λίγο ξεφεύγουμε από τη μητρική κληρονόμηση που είπαμε. Σε αυτή την περίπτωση δεν έχουν όλα τα φυτά το φαινότυπο της μητέρας σας. Αλλιώς θα έπρεπε να είναι όλα πικυλόχρωμα. Και σε αυτό το σημείο θα ήθελα λίγο να συζητήσουμε το πώς δημιουργήθηκαν τα κύταρα που έχουν μόνο λευκοπλάστες, πώς αυτά που έχουν μόνο χλωροπλάστες και πώς αυτά που είναι ανάμυκτα. Θεωρητικά το πατρικό κύτερο θα έχει ένα μείγμα χλωροπλαστών, λευκούς και πράσινους. Κάτω τη διάρκεια όμως των μητοτικών διαιρέσεων, από τύχη και μόνο μπορούν να δημιουργηθούν να παραχθούν κύτερα που έχουν αποκλειστικά λευκοπλάστες ή αποκλειστικά χλωροπλάστες. Και φυσικά και κύταρα που έχουν ανάμυκτα. Αυτό το φαινόμενο λέγεται το τυχαίος αποχωρισμός και πώς μπορούμε λοιπόν από ένα μείγμα χλωροπλαστών να καταλήξουμε σε κύταρα καθαρά με λευκοπλάστες, καθαρά με χλωροπλάστες και φυσικά τα περισσότερα κύταρα θα έχουν και πάλι ανάμυκτο πληθυσμό χλωροπλαστών. Αυτός ο τυχαίος αποχωρισμός λοιπόν μπορεί να οδηγήσει σε καθαρά λευκά φυτά όταν χρησιμοποιούμε κύταρα από πικιλόχρωμο στέλεχος ή σε καθαρά πράσινα φυτά. Το φαινόμενο αυτό του τυχαίου αποχωρισμούς, σκεφτείτε το ότι έχει λειτουργήσει και σε προηγούμενο επίπεδο. Δηλαδή πώς εμφανίστηκαν οι λευκοπλάστες. Δεν μπορούμε να θεωρήσουμε ότι σε ένα φυτό μεταλλάχτηκαν όλοι οι χλωροπλάστες ή όλα τα αντίγραφα και το φυτό αυτό ξαφνικά έγινε λευκό ας πούμε ή από γονεί του έγιναν όλοι λευκοί. Αυτό που λογικά είναι να έχει γίνει είναι κάποια αντίγραφα του χλωροπλαστικού γονιτιώματος μεταλλάχτηκαν έτσι ώστε να έχουν τον λευκό φαινότυπο. Πάντως στην πρώτη φάση μιλάμε και πάλι για χλωροπλάστες που έχουν μείγμα δύο διαφορετικού τύπου γονιτιώματα. Είπαμε κάθε χλωροπλάστες έχει μεγάλο αριθμό αντιγράφων του γονιτιώματος. Μέσω λοιπόν τυχαίου αποχωρισμού κατά τις διαίρεσεις που σχηματίζονται νέοι χλωροπλάστες, λογικά εμφανίστηκαν, δημιουργήθηκαν κάποιοι χλωροπλάστες που είχαν αποκλειστικά το μεταλλαγμένο γονιτίωμα. Και αυτοί ήταν οι λευκοπλάστες. Άρα έχουμε τυχαίο αποχωρισμό για την εμφάνιση των λευκοπλαστών και των χλωροπλαστών. Και σαφώς θα έχουμε και χλωροπλάστες που έχουν ανάμυκτο πληθυσμό μωρίων. Και ένα δεύτερο επίπεδο τυχαίου αποχωρισμού ήταν να διαχωριστούν μέσα στα κύτταρα, οι λευκοπλάστες και οι χλωροπλάστες. Να υπάρχουν κύτταρα αποκλειστικά με λευκοπλάστες ή αποκλειστικά με χλωροπλάστες. Και εδώ να βάλουμε και την έννοια της ετεροπλασμίας. Την έχετε ακούσει, ετεροπλασμία. Ακριβώς αυτή την κατάσταση του να έχουμε σε ένα οργανίδιο δύο διαφορετικού τύπου μόρια γενετικού υλικού, λέγεται ετεροπλασμία. Και αυτό μπορεί να εμφανιστεί τόσο στους χλωροπλάστες όσο και στο μητοχόδριο. Σε περίπτωση που κάποια αντίγραφα του γονιδιώματος μεταλλαχτούν, έχουμε δύο διαφορετικούς τύπους. Άρα μιλάμε για ετεροπλασμία μέσα στα μητοχόδρια. Και αυτό βέβαια μπορεί να οδηγήσει σε αυτά που είπαμε, πλήρη διαχωρισμό των δύο τύπων μορίων σε κάποια μητοχόδρια. Και πλήρη διαχωρισμό των δύο τύπων μητοχονδρίων από εκεί και πέρα σε κύτερα. Είναι το να διαχωριστούν πλήρως, είναι τυχαίο, παρόλα αυτά το βλέπουμε. Συμβαίνει και η διασταυρώση από γονικού πέρμα από αυτά τα φυτά είναι και η απόδειξη ότι κάτι τέτοιο γίνεται. Λοιπόν, αναφέραμε συχνά μητρική κληρονόμηση, ότι τα γονίδια που υπάρχουν στα οργανίδια με τα κληρονομούνται αποκλειστικά από τη μητέρα. Αυτό δεν είναι απόλυτα σωστό, είναι ο κανόνας, αλλά όπως και σ' όλους τους κανόνες υπάρχουν και οι εξαιρέσεις. Άρα έχουμε στα κονοφόρα, που το χλωροπλαστικό DNA κληρονομείται από τα αρσενικά φυτά. Ενώ υπάρχουν και κάποια άλλα φυτά που έχουμε συγκληρονόμηση. Και από τους δύο γονείς μεταφέρονται αντίγραφα του κλωροπλαστικού γονιδιώματος. Ακόμα και στο μητοχονριακό παρατηρούμε τέτοιες φαινόμενα. Στη ζύμη, ας πούμε, που είναι επίσης μήκητας, έχει το στάδιο του διπλοειδών κυτάρων, αλλά εκεί δεν παρατείρεται το φαινόμενο ότι το ένα κύταρο είναι το μεγάλο που δίνει το κυταρόπλασμα και το άλλο δίνει μόνο τον πυρήνα. Είναι τα κύταρα που συνδίκονται για να κάνουν το διπλοειδές. Έχουν ισόπωσο κυταρόπλασμα με αποτέλεσμα και τα μητοχονρια να μεταφέρονται και από τους δύο γονείς. Στο μήδι επίσης, έτσι, ανώτερους οργανισμούς, αν πάμε ζωικούς, έχει παρατηρηθεί ότι ενώ τα θηλυκά άτομα κληρονομούν το μητοχονριακό από τη μητέρα, αρσενικά κληρονομούν μητοχονριακό και από τους δύο γονείς. Και αν πάμε και ακόμα σε πιο ανώτερους οργανισμούς, έχει παρατηρηθεί με πιο σύγχρονες μεθόδους, με εφαρμογή της PCR, ότι ακόμα και στα ποντίκια μπορεί να έχουμε παρουσία πατρικού μητοχονριακού DNA σε πολύ πολύ πολύ πολύ χαμηλό ποσοστό βέβαια. Δεν ξεκίνησε κανείς, όπως σημαίνει στο μηδί για παράδειγμα, σημαίνει αυτό που μας είπε ο κύριος Περταχλίδης είναι, το μελέτησαν και κληρονομή και από το πατέρα και από τη μητέρα το κομμάτι το μεθοχονριακό, αλλά στο κομμάτι το πατέρα εμφανίσεται, δηλαδή χάνεται μετά στις διαιρέσεις, αυτό συμβαίνεται με αυτό. Υπάρχει σε πολύ μικρή παρουσία, το πιθανότερο είναι να χαθεί ή αφού θα πολλαπλασιαστεί αυτό που είναι σε περισσότερο αντίγραφο, δεν βλέπεις συχνό τα 10 στιγμίων τετάρτη, σημαίνει στα 10.000 μόρια του θηλυκού θα υπάρχει και ένα του πατρικού, άρα είναι πολύ πολύ χαμηλό. Πάντως αυτό που λέγαμε ότι τα σπερματοζωάρια μόνο το περιεχόμενο του πύριν, προφανώς καμιά φορά δίνουν και κανένα μητοχόνδριο. Να το έχουμε υπόψη μας και αυτό βέβαια δημιουργεί και μετά και ερωτήματα, προφανώς μια τέτοια περίπτωση είναι περίπτωση ετεροπλασμίας, έστω και με τόσο χαμηλή συχνότητα και δημιουργεί την αφιβολία κατά πόσο αυτά τα δύο μητοχονδριακά ανασυνδυάζονται μεταξύ τους. Το οποίο βέβαια δεν έχει αποδειχτεί ακόμη, αλλά πλέον φαίνεται πιο πιθανό. Να πούμε δυο λόγια για ασθένειες που σχετίζονται με μεταλλάξεις σε γωνίδια του μητοχονδρίου κατά κύριο λόγο, αφού θα μιλήσουμε για ανθρώπινες ασθένειες. Νομίζω πολύ περισσότερα ίσως και να είπατε στη γενετική ανθρώπου. Αρκετές μεταλλάξεις έχουν βρεθεί σε γωνίδια του μητοχονδρίου. Είπαμε ότι ο ρυθμός είναι υψηλότερος αλλαγών μεταλλάξεων που συμβαίνει στο μητοχονδριακό DNA. Περισσότερες λέμε ότι είναι σιωπηρές. Το σιωπηρές, πώς το αντιλαμβανόμαστε, δεν εκφράζονται στην ουσία γιατί έχουμε μεγάλο αριθμό αντιγράφων, μεγάλο αριθμό μητοχονδρίων, αρασποραδικές μεταλλάξεις συνήθως δεν έχουν μεγάλη επίπτωση, δεν εκφράζονται στο φαινότημο. Παρ' όλα αυτά υπάρχουν ασθένειες που έχουν συσχετιστεί με μεταλλάξεις στα μητοχόνδρια και οι περισσότερες έχουν να κάνουν με τα συμπτώματά τους, έχουν να κάνουν με το μηικό ή το νευρικό σύστημα. Και γιατί αυτό μπορείτε έτσι λίγο να το κάποιος σκέψει. Έχουμε περισσότερα μητοχονδριά λόγω της ανάγκης παραγωγής ενέργειας και τεχνίστη και στα νεύρα. Έχουμε ακριβώς, είναι ιστοί που θέλουμε μεγάλη ενέργεια. Άρα κάποια μετάλλαξη, ήθελες κάτι να πεις και σε... Να πω ότι στα νεύρα είναι συνήθως μία μονοχονδριακή μεταλλαγή, μπορεί να είναι το πρώτο δείγμα για να μπορεί να εκφυλίσεις. Δίκαιο έχεις. Άρα ιστοί που χρειάζονται ενέργεια, κάποια μετάλλαξη, κάποιο πρόβλημα στη λειτουργία των μητοχονδρίων θα εκφραστεί, θα είναι πιο εύκολα ορατό, θα έχει μεγαλύτερο αποτέλεσμα σε τέτοιους ιστούς. Εδώ είναι κάποια παραδείγματα των πιο κοινών ασθενειών που σχετίζονται με μητοχονδριακές μεταλλάξεις. Οπτική νευροπάθεια του Λέμπερ, σύνδρομο Kersair, βλέπετε όλα τα προβλήματα, είναι κυρίως νευρικά, μυηικά, σπασμοί. Και φυσικά ένα άλλο χαρακτηριστικό των μητοχονδριακών ασθενειών, είναι ότι τα συμπτώματα μπορεί να επικύλουν σε μεγάλο βαθμό και ακόμα στους απογόνους μπορεί να έχουμε διαφορετικά συμπτώματα ως προς την ένταση, κυρίως, σε σχέση με τον αγωνέα. Και σε αυτό παίζει ρόλο αυτό που είπαμε για τον τυχαίο αποχωρισμό, για το πώς μπορεί από μία μητέρα που έχει κάποια μεταλλάξη στα μητοχόνδρια, να προκύψουν ακόμα και υγιείς απογόνοι λόγω του τυχαίου αποχωρισμού σε περίπτωση που μεταφερθούν όλα τα υγιή μητοχόνδρια. Βέβαια αυτό είναι κάτι σπάνιο, μπορεί όμως να έχει σαφώς ένα παιδί που να έχει πολύ πιο ήπια συμπτώματα σε σχέση με τη μητέρα. Ή αντίθετα πολύ πιο έντονα τα συμπτώματα, πολύ μεγαλύτερη σοβαρότητα της ασθένειας.